JP3595357B2

JP3595357B2 - Tandem control method using digital servo

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Publication number: JP3595357B2
Application number: JP17039194A
Authority: JP
Inventors: 雪雄豊沢; 和臣前田; 直人園田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: EP0717331A1; EP0717331A4; US5646495A; JPH0816246A; WO1996000934A1; EP0717331B1; KR960001940A; KR0154224B1; DE69522186T2; DE69522186D1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロボットのアームや工作機械の送り軸の制御するディジタルサーボ制御に関する。特に同一可動部材（同一軸）を複数のサーボモータで駆動する場合のタンデム制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットや工作機械において、移動させようとする可動部材が大型で、その移動軸を駆動するモータが１つでは加減速することができない場合や、モータと可動部材間のバックラッシュが大きく、可動部材を安定に移動させることができない場合等において、トルク指令を２つのモータに与え、同一軸を２つのモータで駆動するタンデム制御を行われている。
図１４〜図１７は、従来のディジタルサーボによるタンデム制御の例を示す図である。図１４は可動部材を直線運動させる第１のタンデム制御例であり、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータによって可動部材である直線系のラック１２０の駆動を制御するものである。そして、メインモータ１００からラック１２０への駆動力は、減速器１０１及びピニオン１０２を介して行われ、また、サブモータ１１０からラック１２０への駆動力は、減速器１１１及びピニオン１１２を介して行われる。
図１５は可動部材を回転運動させる第２のタンデム制御例であり、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータによって可動部材である回転系のラック１２０の駆動を制御するものである。そして、各モータからラックへの駆動力の伝達は、前記第１のタンデム制御例と同様に、減速器１０１，１１１及びピニオン１０２，１１２を介して行われる。
【０００３】
図１６は可動部材を直線運動させる第３のタンデム制御例であり、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータによってそれぞれに接続されたネジ部材１０３，１１３を介して可動部材１２１の駆動を制御するものである。可動部材１２１は、一端が固定部材１２２によって固定されている２つのネジ部材１０３，１１３に共通に接続され、各モータにより制御されるネジ部材１０３，１１３を介して駆動制御が行われる。
また、図１７は可動部材を直線運動させる第４のタンデム制御例であり、可動部材１２３は、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータをその両端に接続するネジ部材１０４によって駆動を制御するものである。
【０００４】
図１８は従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロック図である。図１８に示す制御ブロックは、数値制御装置１によって機械テーブル１２を制御するものであり、機械テーブル１２には伝達機構１０を介してメインのサーボモータ６とサブのサーボモータ７が接続されている。各サーボモータ６，７はディジタルサーボ制御部３からの電流指令により制御されるサーボアンプ４からの指令により駆動されるものであり、各サーボモータ６，７からディジタルサーボ制御部３への位置帰還Ｍｆｂ，Ｓｆｂ（Ｍｆｂはメインのサーボモータ６の位置帰還であり、Ｓｆｂはサブのサブモータの位置帰還である）、及び速度帰還Ｖｆ１，Ｖｆ２（Ｖｆ１はメインのサーボモータ６の速度帰還であり、Ｖｆ２はサブのサブモータの速度帰還である）は各検出器８，９を通して行われ、また、各サブモータ４，５からディジタルサーボ制御部３には電流帰還により電流フィードバックが行われている。また、機械テーブル１２からディジタルサーボ制御部３には検出帰還１３を通して機械位置帰還Ｔｆｂがフィードバックされている。
また、数値制御装置１とディジタルサーボ制御部３との間は共通ＲＡＭ２を介して接続され、両者間のデータのやり取りを行っている。
【０００５】
さらに、図１９は従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロックの要部のブロック図である。図１９の要部ブロック図において、図示しない２つのモータ（メインモータ，サブモータ）はそれぞれ電流制御部１７，１８からのメインの電流指令及びサブの電流指令によって駆動される。
【０００６】
位置指令ｒと実位置ｐと差である位置偏差ｅにポジションゲイン１４の係数Ｋｐを掛けて速度指令Ｖｃを求め、その速度指令Ｖｃとモータの速度帰還との差である速度偏差を速度制御部１６により通常のＰＩ制御等の制御を行ってトルク指令Ｔｃを求める。
【０００７】
メインモータの制御は、このトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１を加えて得られるトルク指令Ｔｃ１をメインモータの電流制御部１７に入力することにより行われ、一方、サブモータの制御は、このトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ２を加え、反転器１９を通して得られるトルク指令Ｔｃ２をサブモータの電流制御部１８に入力することにより行われる。反転器１９はメインモータとサブモータの回転方向によって、符号を反転させるための制御部で、メインモータとサブモータの回転方向が同じ場合には符号を変えず、回転方向が異なる場合には符号を反転する。なお、各電流制御部１７，１８は電流フィードバックｆｂを帰還して、独立して電流制御を行っている。ここで、プリロードトルクＴｐ１及びプリロードトルクＴｐ２は、メインモータとサブモータを互いに張り合わせるために、速度制御部１６によって演算して求めたトルク指令Ｔｃに一定のオフセットを付加するためのトルク値であり、２つのモータの回転方向が同方向の場合には逆符号のトルクであり、２つのモータの回転方向が逆方向の場合には同符号のトルクである。
【０００８】
また、位置偏差ｅを求めるための実位置ｐは、切替器２０を介して機械あるいはモータから得られる位置帰還パルスであり、切替器２０は機械位置帰還パルスＴｆｂとモータ位置帰還パルスＭｆｂを切り替えることができる。
【０００９】
従来のディジタルサーボによるタンデム制御では、位置制御及び速度制御はメイン側でのみ行い、電流制御については各々独立して制御している。この従来の制御では、大きなバックラッシュがある場合に、メイン側に大きなトルクが必要となると、サブモータは速度制御を行っていないため高速で衝突することになり系の安定性が悪化する。
【００１０】
そこで、この様な問題を解決する手段として、図１９中に示す速度帰還平均器２２が設けられている。この速度帰還平均器２２は、メインモータの速度帰還Ｖｆ１とサブモータの速度帰還Ｖｆ２を反転器１９を通したものを入力し、その平均を求めることによってモータの速度帰還量を得るものであり、これによってサブモータの速度を抑制して安定性を向上させることができる。
【００１１】
図２０はタンデム制御による作用を説明する図であり、（ａ）から（ｅ）によって順に可動部材であるテーブルを停止状態（図の（ａ））から加速して（図の（ｂ））一定速度とし（図の（ｃ））、次に減速して（図の（ｄ））再び停止する（図の（ｅ））状態において、各軸と可動部材との位置及びトルク指令の変化を示している。図１９で説明したように、メイン軸１０５及びサブ軸１１５には速度制御部で計算されたトルク指令Ｔｃに互いに逆方向のプリロードトルクが加えられているので、メイン軸に対するトルク指令Ｔｃ１は、Ｔｃ１＝Ｔｃ＋Ｔｐ１となり、また、サブ軸に対するトルク指令Ｔｃ２は、Ｔｃ２＝Ｔｃ＋Ｔｐ２となっている。プリロードトルクは、摩擦に抗するより大きなトルクを設定しておく。
【００１２】
図の（ａ）の停止状態では、速度制御部からのトルク指令Ｔｃがほぼ０なので、互いのモータには矢印で示す逆方向のプリロードトルクだけが指令され、逆方向に張り合った状態で停止している。図の（ｂ）の加速状態では、長い矢印で示すように、速度制御部からの移動方向と同じ大きなドライブトルクが指令されるため、サブ軸１１５は、このドライブトルクとプリロードトルクを足し合わせた（Ｔｃ＋Ｔｐ２）のトルクが指令される。ここで、｜Ｔｃ｜＞｜Ｔｐ２｜であり、トルクの向きは逆方向なので、サブ軸には移動方向と同じトルクが発生し、反対方向に移動し、加速に必要なトルクをメイン軸１０５と分担する。
【００１３】
図の（ｃ）の一定速度の状態では、テーブルが一定速度で移動するのに必要なドライブトルクは、短い矢印で示すように、摩擦分を相殺するのに要する程度の小さなトルクであって、｜Ｔｃ｜＜｜Ｔｐ２｜であり、トルクの向きは逆方向なので、サブ軸１１５は移動方向と逆方向のトルクが発生し、反対側に移動して、メイン軸１０５と逆方向に張り合った状態で一定速度で移動する。
【００１４】
図の（ｄ）の減速状態では、前記（ｂ）とは逆方向の大きなドライブトルクが発生するので、メイン軸１０５は反対方向に移動して、減速に必要なトルクを分担する。さらに、図の（ｅ）の停止状態では、前記（ａ）と同様に、メイン軸１０５及びサブ軸１１５には、互いに逆方向のプリロードトルクによって張り合った状態で停止する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のディジタルサーボによるタンデム制御方法では、以下のような問題点がある。
（１）モータと機械とをバネ系等の剛性の低い伝達機構によってつないでいる場合、その伝達機構の共振周波数は、例えば数Ｈｚから数十Ｈｚ程度の低い周波数となる。この場合に、タンデム制御によりメインモータとサブモータを駆動すると、互いに逆方向に振動して、系が不安定となる現象が生じる問題がある。図２１は従来のタンデム制御によるシミュレーション結果であり、図の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ正と負のステップ指令を印加したときのメインモータの速度とサブモータの速度を実線及び破線で示している。
（２）また、加速時や減速時等において大きなトルクが必要となる場合には、前記図２０の（ｂ），（ｄ）で示したように加速あるいは減速のためにドライブトルクが大きくなると、互いに逆方向に加える小さなプリロードトルクではメイン軸とサブ軸を互いに張り合った状態にしておくことができず、どちらかの軸の方に寄ってしまい、バックラッシュを抑えておくことができなくなるという問題が生じる。
（３）上記（２）の問題点を解決してバックラッシュの影響を抑える手段として、常に張り合う状態とするために逆方向にトルクを出すクランプ器を付加することもできる。しかし、このクランプ器を備えたタンデム制御方法では、サブモータが主となって駆動を行う場合に、不安定となるという問題点がある。図８はクランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。図８の（ａ）において、メインモータを主に駆動してメイン軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、このメイン側において位置検出を行っているため、検出遅れを生じることなく制御を行うことができるが、一方、図８の（ｂ）において、サブモータを主に駆動してサブ軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、位置制御をおこなうための位置帰還パルスをメイン側において検出していて、トルク指令を計算する速度制御部への入力である速度指令が実際にトルクを出しているサブ側でないため、検出遅れが生じて不安定となる。
【００１６】
そこで、本発明は前記した従来の問題点、及び該問題点を解決する手段によって新たに生じる問題点を解決して、伝達機構の振動を抑えるディジタルサーボによるタンデム制御方法を提供することを第１の目的とし、また、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制するタンデム制御方法を提供することを第２の目的とし、さらに、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を可能とするタンデム制御方法を提供することを第３の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本出願の第１の発明は、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えることにより、前記第１の目的を達成するものである。
【００１８】
本発明のタンデム制御方法は、同一可動部材をメインモータとサブモータの２つのサーボモータで駆動する場合の制御方法であり、第１の発明は位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行う場合である。そして、第１の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数を乗算し、そのダンピング係数を調整して求めることができ、このダンピング係数の調整により補正トルクのゲインを調整するものである。
【００１９】
また、第１の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差に位相調整用の伝達関数を乗じ、その伝達関数の１次の係数を調整して求めることができ、この１次の係数の調整により補正トルクの位相を調整するものである。
【００２０】
さらに、第１の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数と位相調整用の伝達関数を乗じ、そのダンピング係数と伝達関数の１次の係数の両方を調整して求めることができ、このダンピング係数と１次の係数の調整により補正トルクのゲインと位相の両方を調整するものである。
【００２１】
また、本出願の第２の発明は、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、速度制御部からのトルク指令の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加することにより、前記第２の目的を達成するものである。
【００２２】
また、第２の発明において行うトルク指令の抑制は、各モータにおける正方向側に対応するトルク指令はそのまま出力し、逆方向側に対応するトルク指令は零にクランプするものである。
【００２３】
また、本出願の第３の発明は、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、位置指令の差分である移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことにより、前記第３の目的を達成するものである。
【００２４】
また、第３の発明における位置制御は、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行うものである。
【００２５】
また、第３の発明における位置制御は、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求め、その切り替え係数を移動指令の符号により切り替えることにより、移動指令に対応する側のモータの位置制御を行うものである。また、第３の発明における位置制御の切り替え係数に時定数を持たせ、その時定数によって、位置帰還を徐々に切り替えることができるものである。
【００２６】
【作用】
本出願の第１の発明によれば、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えて、メインモータ及びサブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、タンデム制御を行うメインモータとサブモータの速度差は減少し、モータと機械とがバネ系等の剛性の低い伝達機構によりつながれている場合でも、系の振動を抑制することができる。
【００２７】
そして、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数、または位相調整用の伝達関数、もしくはダンピング係数と位相調整用の伝達関数の両方を乗算し、系の出力特性が所望の特性となるようにそのダンピング係数、または伝達関数の１次の係数、もしくはダンピング係数と伝達関数の１次の係数の両方を調整すると、この調整によって適正なトルク指令のゲイン、または位相、もしくはゲインと位相の両方を得ることができる。
【００２８】
本出願の第２の発明によれば、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、速度制御部からのトルク指令の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加することにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、メインモータとサブモータを常に張り合った状態とし、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制することができる。
【００２９】
そして、トルク指令の抑制は、速度制御部からのトルク指令に対し、各モータにおける正方向側に対応するトルク指令はそのまま出力し、逆方向側に対応するトルク指令は零にクランプすることにより行うことができる。
【００３０】
本出願の第３の発明によれば、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を行うことができる。
【００３１】
そして、この位置制御は、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行うものであり、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求め、その切り替え係数を移動指令の符号により切り替えることにより、実際にトルクを出しているサブ側の速度出力によってトルク指令を計算することができ、検出遅れによる安定性に対する影響を抑制することができる。また、位置制御の切り替え係数に時定数を持たせ、その時定数によって位置帰還を徐々に切り替えることにより、切り替え時の速度指令の段差により生じる機械的ショックを減少させることができる。
【００３２】
移動指令が０の場合には、位置制御をメインモータによって行うよう設定しておくことにより、位置決めは必ずメインモータで行われ、位置ずれの問題は生じない。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
（第１の発明の実施に適用できる構成）
はじめに、本出願の第１の発明の実施例を適用できる構成について説明する。図１は本出願の第１の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図である。図１に示す実施例のブロック図は、ダンピング補償器２３の構成を除いて前記図１７に示す従来の制御ブロックとほぼ同様である。このダンピング補償器２３は、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えるためのブロックである。
【００３４】
図１の要部ブロック図において、電流制御部１７，１８はその電流指令によって図示しない２つのモータ（メインモータ，サブモータ）を駆動する。
【００３５】
位置指令ｒと実位置ｐと差である位置偏差ｅにポジションゲイン１４の係数Ｋｐを掛けて速度指令Ｖｃを求め、その速度指令Ｖｃとモータの速度帰還との差である速度偏差を速度制御部１６により通常のＰＩ制御等の制御を行ってトルク指令Ｔｃを求める。
【００３６】
２つのモータの内、メインモータの制御は、トルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１を加えて得られるトルク指令Ｔｃ１をメインモータの電流制御部１７に入力することにより行われ、一方、サブモータの制御は、このトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ２を加え、反転器１９を通して得られるトルク指令Ｔｃ２をサブモータの電流制御部１８に入力することにより行われる。反転器１９はメインモータとサブモータの回転方向によって、符号を反転するための制御部で、メインモータとサブモータの回転方向が同じ場合には符号を変えず、回転方向が異なる場合には符号を反転する。
【００３７】
なお、各電流制御部１７，１８は電流フィードバックｆｂを帰還して、独立して電流制御を行っている。トルク指令Ｔｃに加えるプリロードトルクＴｐ１及びプリロードトルクＴｐ２は、速度制御部１６からのトルク指令Ｔｃに一定のオフセットを付加するためのトルク値であり、メインモータとサブモータを互いに張り合わせるためのものである。プリロードトルクＴｐ１，Ｔｐ２の符号は、２つのモータの回転方向が同方向の場合には逆符号であり、２つのモータの回転方向が逆方向の場合には同符号である。
【００３８】
また、位置偏差ｅを求めるための実位置ｐは、切替器２０を介して機械あるいはモータから得られる位置帰還パルスであり、切替器２０は機械位置帰還パルスＴｆｂとモータ位置帰還パルスＭｆｂを切り替えることができる。
【００３９】
また、この速度帰還平均器２２は、メインモータの速度帰還Ｖｆ１とサブモータの速度帰還Ｖｆ２を反転器１９を通したものを入力し、その平均を求めて速度指令Ｖｃにフィードバックするものであり、これによって、メインモータとサブモータの両者のモータの速度平均を速度帰還量として帰還し、サブモータの速度を抑制して安定性を向上させることができる。
【００４０】
また、第１の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、ダンピング補償器２３からの補正トルクによってメインモータとサブモータの速度差が減少するように速度制御を行う。このダンピング補償器２３は、ダンピング係数Ｋｃの項と位相調整用の伝達関数の項によりから構成することができ、この伝達関数は例えば定数をＬとし、調整係数をαとし、Ｓをラプラス演算子とすると、｛（１＋ＬＳ）／（１＋αＬＳ）｝により表わされるものを用いることができる。
【００４１】
図２は、サンプリング時間をＴｓとしたときの離散系における位相調整用の伝達関数をブロック図で示したものであり、伝達関数は｛（１＋２Ｌ／Ｔｓ）＋（１−２Ｌ／Ｔｓ）Ｚ^−１／（１＋２αＬ／Ｔｓ）＋（１−２αＬ／Ｔｓ）Ｚ^−１｝により表される。また、ここで、Ｎ_０＝（１＋２Ｌ／Ｔｓ），Ｎ_１＝（１−２Ｌ／Ｔｓ），Ｄ_０＝（１＋２αＬ／Ｔｓ），Ｄ_１＝（１−２αＬ／Ｔｓ）とおくと、伝達関数は、｛（Ｎ_０＋Ｎ_１・Ｚ^−１）／（Ｄ_０＋Ｄ_１・Ｚ^−１）｝によって表すことができる。したがって、トルク補正は、ダンピング係数Ｋｃの大きさによってゲインを調整することができ、また、調整係数αによって位相を調整することができる。なお、Ｔは位相進め、あるんは位相遅れのピークを調節するための係数である。
【００４２】
ダンピング補償器２３からの補正トルクは、メインモータ側へのトルク指令Ｔｃ１に対しては減算させ、サブモータ側へのトルク指令Ｔｃ２に対しては加算させる。この符号関係は、メインモータ側の方向を正方向としているためであり、これによってメインモータとサブモータの速度差を減少させる方向に補正トルクを加えることができる。
【００４３】
なお、上記ダンピング補償器２３は、ダンピング係数Ｋｃの項と位相調整用の伝達関数の項の２つの項を含む例を示しているが、何れか一方の項のみで構成することもできる。この場合には、補正トルクの大きさあるいは位相の何れかを補正することになる。
【００４４】
（第１の発明の作用）
本願発明の第１の発明の作用を、前記図１及び図３のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えて、メインモータ及びサブモータの２つのサーボモータをタンデム制御する部分のみについて説明し、また、ダンピングの大きさと位相の両方を補正する場合について説明する。
【００４５】
はじめに、メインモータとサブモータのタンデム制御において、各モータの制御使用とする回転方向を調べ、両者の回転方向が同じ方向の場合にはフラグＦを「０」に設定し、逆に両者の回転方向が異なる方向の場合にはフラグＦを「１」に設定する（ステップＳ１）。反転器１９は、このフラグＦによって符号の反転、非反転が行われる。フラグＦの設定の後、ダンピング補償器２３のダンピング係数Ｋｃの項と位相調整用の伝達関数の項の１次の係数を定める調整係数αと定数Ｌをそれぞれ初期値Ｋｃ_０とα_０とＬ_０に設定して、初期設定を行う。これらの値より、Ｎ_０＝（１＋２Ｌ／Ｔｓ），Ｎ_１＝（１−２Ｌ／Ｔｓ），Ｄ_０＝（１＋２αＬ／Ｔｓ），Ｄ_１＝（１−２αＬ／Ｔｓ）を計算して設定を行う（ステップＳ２）。
【００４６】
次に、メインモータ及びサブモータの速度を検出してモータの速度帰還量Ｖｆ１，Ｖｆ２を求めてその値を取り込む（ステップＳ４）。前記ステップＳ１で調べておいたフラグＦの値が「０」か「１」の判定する。フラグＦの値が「０」の場合にはステップＳ６に進み、フラグＦの値が「１」の場合にはステップＳ７に進んでモータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差を求める（ステップＳ５）。
【００４７】
フラグＦの値が「０」の場合には、メインモータとサブモータの回転方向が同じ方向であるため、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差を（Ｖｆ１−Ｖｆ２）の演算により求める（ステップＳ６）。一方、フラグＦの値が「１」の場合には、メインモータとサブモータの回転方向が逆方向であるため、サブ側に設けた反転器１９により速度帰還やトルク指令の反転処理を行われ、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差を（Ｖｆ１＋Ｖｆ２）の演算により求める（ステップＳ７）。以下、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差をｄＶにより表す。
【００４８】
求めたモータの速度帰還量Ｖｆ１，Ｖｆ２の差ｄＶから補正トルクＴａを求める（ステップＳ８）。この補正トルクＴａは、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差ｄＶに、ダンピング係数Ｋｃと伝達関数｛（Ｎ_０＋Ｎ_１・Ｚ^−１）／（Ｄ_０＋Ｄ_１・Ｚ^−１）｝を乗ずることにより求めることができる。なお、図１では、サブモータの速度帰還量Ｖｆ２は反転器１９によりメインモータの速度と同方向であるため、ダンピング補償器２３では減算を行っている。
【００４９】
ステップＳ８で求めた補正トルクＴａをトルク指令Ｔｃ１及びＴｃ２に反映させ、その補正したトルク指令により速度制御を行う（ステップＳ９）。そして、速度制御により系の特性が良好なものとなったか否かを判定し（ステップＳ１０）、その特性が不良である場合には、ダンピング係数Ｋｃと調整係数αを変更して（ステップＳ１１）、再び前記ステップＳ４〜ステップＳ１０を行う。
【００５０】
｛（１＋２Ｌ／Ｔｓ）＋（１−２Ｌ／Ｔｓ）Ｚ^−１／（１＋２αＬ／Ｔｓ）＋（１−２αＬ／Ｔｓ）Ｚ^−１｝の伝達関数から明らかなように、調整係数αが１の場合には伝達関数の値は１となり、位相は変化しない。図４は、定数Ｌ＝０．０２で、調整係数αを変えた場合の周波数特性を示しており、（ａ）はα＝１の場合、（ｂ）はα＝０．５の場合、（ｃ）はα＝０．２の場合である。図に示すように、調整係数αによって所望の周波数で必要な位相の調整を行うことができる。
【００５１】
この工程を繰り返すことにより振動を抑制した系を得ることができる。また、上記ダンピング補償器の処理において、ステップＳ１の処理は一度の設定で以後の同様のタンデム制御に共通に使用できる。また、ステップＳ２〜ステップＳ１１の処理は該タンデム制御において割り込みが発生するごとに行われる。
【００５２】
図５は、位相調整を行わずダンピング係数Ｋｃを０．１とした場合の本出願の第１の発明のシミュレーション結果である。
【００５３】
（第２の発明の実施に適用できる構成及び作用）
次に、本出願の第２の発明の実施例を適用できる構成及び作用について説明する。図６は本出願の第２の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図である。図６に示す実施例のブロック図には、本出願の第２の発明の構成部分を一点鎖線で囲んで示し、本出願の第３の発明の構成部分を二点鎖線で囲んで示している。以下では、一点鎖線で囲んだ第２の発明の構成部分についてのみ説明し、その他の構成部分については第１の発明の実施例の構成と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
第２の発明の実施例の構成は、一点鎖線で囲んだクランプ回路２４，２５の構成を除いて前記図１に示す第１の発明の実施例の制御ブロックとほぼ同様である。このクランプ回路２４，２５は、速度制御部１６からのトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１あるいはＴｐ２を加算したトルク指令を入力し、そのトルク指令が各モータにおける正方向側に対応する符号のときはそのまま出力し、逆方向側に対応する符号のときは零にクランプするものである。
【００５５】
図６において、第２の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、該メインモータとサブモータの各電流制御部１７，１８に与えるトルク指令Ｔｃ１，Ｔｃ２をクランプ回路２４，２５によって調整することにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。
【００５６】
クランプ回路２４はメインモータ側において速度制御部１６と電流制御部１７の間に接続するクランプ回路であり、図７の（ａ）に示す特性を備えている。このクランプ回路２４は、入力されるトルク指令の符号がメイン側の正方向側である正のときはそのままをトルク指令として出力し、該符号が逆方向である負のときは零にクランプするものである。このクランプ回路２４により、メイン側のトルク指令Ｔｃ１は正のトルクを出すように制御される。
【００５７】
一方、クランプ回路２５はサブモータ側において速度制御部１６と反転器１９の間に接続するクランプ回路であり、図７の（ｂ）に示す特性を備えている。このクランプ回路２５は、入力されるトルク指令の符号がサブ側の正方向側である負のときはそのままをトルク指令として出力し、該符号が逆方向である正のときは零にクランプするものである。このクランプ回路２５により、サブ側のトルク指令Ｔｃ２は負のトルクを出すように制御される。
【００５８】
したがって、クランプ回路２４，２５は、速度制御部１６からのトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１あるいはＴｐ２を加算したトルク指令の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加して、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、メインモータとサブモータを常に張り合った状態とし、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制する。
【００５９】
図８はクランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。図８の（ａ）において、メインモータを主に駆動してメイン軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、このメイン側において位置検出を行っているため、図９の（ａ）に示すように検出遅れを生じることなく制御を行うことができる。
【００６０】
一方、図８の（ｂ）において、サブモータを主に駆動してサブ軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、位置制御をおこなうための位置帰還パルスをメイン側において検出し、トルク指令を計算する速度制御部への入力である速度指令が実際にトルクを出しているサブ側でないため、検出遅れが生じて図９の（ｂ）の不安定性を示す場合がある。
【００６１】
（第３の発明の実施に適用できる構成及び作用）
次に、本出願の第３の発明の実施例を適用できる構成及び作用について説明する。第３の発明は、前記第２の発明においてサブモータを主に駆動した場合に生じる可能性のある検出遅れを解消するものである。
【００６２】
本出願の第３の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図は図６に示されており、第３の発明の構成部分を二点鎖線で囲んで示している。以下では、二点鎖線で囲んだ第３の発明の構成部分を除いた構成についてのみ説明し、その他の構成部分については第１の発明の実施例の構成と同様であるため説明を省略する。
【００６３】
第３の発明の実施例の構成は、二点鎖線で囲んだ位置帰還切り替えのための構成を除いて前記図６に示す第２の発明の実施例の制御ブロックとほぼ同様である。この位置帰還切り替えのための構成は、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差を求め、その速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求めるものである。
【００６４】
図６において、第３の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行うというように、移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。
【００６５】
第３の発明における位置帰還切り替えは、メイン側の速度指令Ｖｃ１とサブ側の速度指令Ｖｃ２の差を求め、この差に切り替え係数ｋを掛け、さらにこの値にメイン側の速度指令Ｖｃ１を加えて新たな速度指令Ｖｃを作ることにより行われる。なお、図６の構成では、ポジションゲイン１５の出力を反転器１９を通した値をサブ側の速度指令Ｖｃ２として求め、その値からポジションゲイン１４の出力であるメイン側の速度指令Ｖｃ１を減算し、この減算値に位置帰還切替部２１で切り替え係数ｋを掛け、さらにこの演算値を速度指令Ｖｃ１から減算して速度指令Ｖｃを得るよう構成している。
【００６６】
前記構成により得られる速度指令ＶｃはＶｃ＝Ｖｃ１＋ｋ・（Ｖｃ２−Ｖｃ１）により表される。
【００６７】
ここで、メインモータの正の方向に駆動する場合（移動指令が正の方向）に切り替え係数ｋを「０」に設定すると、前記式から速度指令Ｖｃは速度指令Ｖｃ１となってメイン側での位置制御を行うことができ、逆に、メインモータの負の方向に駆動する場合（移動指令が負の方向）に切り替え係数ｋを「１」に設定すると、前記式から速度指令Ｖｃは速度指令Ｖｃ２となって、サブ側での位置制御を行うことができる。
【００６８】
上記例は、切り替え係数ｋを「０」と「１」の何れかに設定してメイン側とサブ側との位置帰還の切り替えを行うものであるが、切り替え係数ｋを時定数τを用いてｋ＝｛１／（１＋τｓ）｝とし、時定数τに応じて徐々に位置帰還の切り替えを行うよう構成することもできる。
【００６９】
この時定数τによって位置帰還の切り替えを徐々に行う場合には、切り替え係数ｋの切り替え時の位置帰還量の相違によって生じる速度指令の差を減じて、この速度差により発生する機械的なショックを減少させることができる効果がある。
【００７０】
図１０のフローチャートに従って第３の発明の作用について説明する。なお、ここでは、位置帰還の切り替え部分のみについて、ディジタルによる離散的処理を行う場合のフローによってステップＴの符号に従って説明する。
【００７１】
位置帰還切り替えにおいて、サンプリング時間をＴｓとし、離散系における逐次切り替え係数をｂ（ｎ）とし、時定数τによる変化をＡ＝ｅｘｐ（−Ｔｓ／τ）とすると、逐次切り替え係数ｂ（ｎ）は、
ｂ（ｎ）＝Ａ・ｂ（ｎ−１）＋（１−Ａ）・ｋ（ｎ）
となる。なお、ｋ（ｎ）は移動指令が正の場合には「０」であり、負の場合には「１」である。上記逐次切り替え係数ｂ（ｎ）を用いることにより、位置帰還を時定数τに応じて徐々に切り替えることができる。
【００７２】
はじめに、位置切り替えによる位置制御を行うための初期処理を行う。この初期処理においては、前記式中に用いる時定数τによる変化Ａと逐次切り替え係数ｂ（ｎ）及びｂ０を初期設定する（ステップＴ１）。この処理処理の後、位置指令ｒの差分である移動指令Δｒの符号を判定することにより、メイン側での位置帰還を行うかサブ側での位置帰還を行うかを定める（ステップＴ２）。このステップＴ２での判定において、移動指令Δｒの符号が正の場合は、ステップＴ３においてメインモータが正の速度で駆動する場合の処理を行い、移動指令Δｒの符号が負の場合は、ステップＴ４においてメインモータが負の速度で駆動する場合の処理を行う。
【００７３】
ステップＴ３では、前記式のｋ（ｎ）を「０」とすることによりｂ（ｎ）＝Ａ・ｂ０となる。また、ステップＴ４では、前記式のｋ（ｎ）を「１」とすることによりｂ（ｎ）＝Ａ・ｂ０＋１−Ａとなる。
【００７４】
次に、速度指令Ｖｃ１，Ｖｃ２を求め、この値と前記ステップＴ３及びステップＴ４で定められた逐次切り替え係数ｂ（ｎ）を用いて、速度指令Ｖｃを求める。速度指令Ｖｃ１は、位置指令ｒからメインモータの位置帰還パルスＭｆｂを減算した値（ｒ−Ｍｆｂ）にポジションゲインＫｐを乗ずることにより得られる。また、速度指令Ｖｃ２は、位置指令ｒからサブモータの位置帰還パルスＳｆｂを減算した値（ｒ−Ｓｆｂ）にポジションゲインＫｐを乗ずることにより得られる。そして、速度指令Ｖｃは速度指令Ｖｃ２から速度指令Ｖｃ１を減算した値に逐次切り替え係数ｂ（ｎ）を掛け、その値に速度指令Ｖｃ１を加算することにより求められる。
【００７５】
なお、このときの逐次切り替え係数ｂ（ｎ）の値を逐次切り替え係数の初期値ｂ０としておく（ステップＴ５）。
【００７６】
前記ステップＴ５の工程で求めた速度指令Ｖｃを速度ループに渡し、位置制御を行う（ステップＴ６）。
【００７７】
位置切り替えによる位置制御を終了するか否かを判定し（ステップＴ７）、位置切り替えによる位置制御を続行する場合には、ステップＴ２に戻って前記ステップＴ２〜ステップＴ６の工程を繰り返す。
【００７８】
この時定数を用いることにより、切り替えを徐々に行い、移動指令の極性が変化する場合であっても機械へのショックを減少させることができる。
【００７９】
図１１は、位置切り替えにおいて時定数を「０」としたときのシミュレーション結果であり、図１２は、位置切り替えにおいて時定数を「１００ｍｓ」としたときのシミュレーション結果であり、図１３は、位置切り替えにおいて時定数を「１００ｍｓ」とし、ダンピング補償を行ったときのシミュレーション結果である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の第１の発明によれば、伝達機構の振動を抑えるディジタルサーボによるタンデム制御方法を提供することでき、第２の発明によれば、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制するタンデム制御方法を提供することができ、第３の発明によれば、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を可能とするタンデム制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願の第１の発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図である。
【図２】本出願の第１の発明の実施例の位相調整用の伝達関数のブロック図である。
【図３】本出願の第１の発明の実施例の作用を説明するフローチャートである。
【図４】本出願の第１の発明の実施例の調整係数αを変えた場合の周波数特性である。
【図５】本出願の第１の発明のシミュレーション結果である。
【図６】本出願の第２の発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図である。
【図７】第２の発明のクランプ回路の特性図である。
【図８】クランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。
【図９】第２の発明によるシミュレーション結果である。
【図１０】第３の発明の作用について説明するフローチャートである。
【図１１】第３の発明において位置切り替えの時定数が「０」のときのシミュレーション結果である。
【図１２】第３の発明において位置切り替えの時定数が「１００ｍｓ」のときのシミュレーション結果である。
【図１３】第３の発明において、位置切り替えの時定数を「１００ｍｓ」とし、ダンピング補償を行ったときのシミュレーション結果である。
【図１４】可動部材を直線運動させる第１のタンデム制御例の図である。
【図１５】可動部材を回転運動させる第２のタンデム制御例の図である。
【図１６】可動部材を直線運動させる第３のタンデム制御例の図である。
【図１７】可動部材を直線運動させる第４のタンデム制御例の図である。
【図１８】従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロック図である。
【図１９】従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロックの要部のブロック図である。
【図２０】クランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。
【図２１】従来のタンデム制御によるシミュレーション結果である。
【符号の説明】
１４ポジションゲイン
１６速度制御部
１７，１８電流制御部
１９反転器
２０切替器
２１位置帰還切替部
２２速度帰還平均器
２３ダンピング補償器
２４，２５クランプ回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to digital servo control for controlling a robot arm or a feed axis of a machine tool. In particular, the present invention relates to a tandem control method when the same movable member (same axis) is driven by a plurality of servomotors.
[0002]
[Prior art]
In a robot or a machine tool, when a movable member to be moved is large and a single motor for driving the moving axis cannot be accelerated or decelerated, or the backlash between the motor and the movable member is large, and the movable member is For example, when it is not possible to move the motor in a stable manner, a torque command is given to two motors, and tandem control for driving the same axis by the two motors is performed.
14 to 17 are diagrams showing examples of tandem control using a conventional digital servo. FIG. 14 shows a first tandem control example in which the movable member is moved linearly, in which the drive of a linear rack 120 as a movable member is controlled by two motors, a main motor 100 and a sub motor 110. The driving force from the main motor 100 to the rack 120 is performed via the speed reducer 101 and the pinion 102, and the driving force from the sub motor 110 to the rack 120 is performed via the speed reducer 111 and the pinion 112. .
FIG. 15 shows a second example of tandem control for rotating the movable member, in which the driving of the rotating system rack 120 as the movable member is controlled by two motors, the main motor 100 and the sub motor 110. The transmission of the driving force from each motor to the rack is performed via the speed reducers 101 and 111 and the pinions 102 and 112, as in the first tandem control example.
[0003]
FIG. 16 shows a third tandem control example in which the movable member is moved linearly. The drive of the movable member 121 is controlled by the two motors of the main motor 100 and the sub motor 110 via the screw members 103 and 113 respectively connected thereto. Things. The movable member 121 is commonly connected to two screw members 103 and 113, one end of which is fixed by a fixed member 122, and drive control is performed via the screw members 103 and 113 controlled by respective motors.
FIG. 17 shows a fourth tandem control example in which the movable member is moved linearly. The movable member 123 is controlled by a screw member 104 connecting two motors of the main motor 100 and the sub motor 110 to both ends thereof. It is.
[0004]
FIG. 18 is a control block diagram for performing tandem control using a conventional digital servo. The control block shown in FIG. 18 controls the machine table 12 by the numerical controller 1, and the main servo motor 6 and the sub servo motor 7 are connected to the machine table 12 via the transmission mechanism 10. . Each of the servo motors 6 and 7 is driven by a command from a servo amplifier 4 which is controlled by a current command from the digital servo control unit 3, and performs position feedback from the servo motors 6 and 7 to the digital servo control unit 3. Mfb, Sfb (Mfb is the position feedback of the main servo motor 6, Sfb is the position feedback of the sub-sub motor), and speed feedback Vf1, Vf2 (Vf1 is the speed feedback of the main servo motor 6, Vf2 Is the speed feedback of the sub-sub motor) through the detectors 8 and 9, and current feedback is performed from the sub-motors 4 and 5 to the digital servo controller 3 by current feedback. Further, a mechanical position feedback Tfb is fed back from the machine table 12 to the digital servo controller 3 through the detection feedback 13.
The numerical controller 1 and the digital servo controller 3 are connected via a common RAM 2 to exchange data between them.
[0005]
FIG. 19 is a block diagram of a main part of a control block for performing tandem control by a conventional digital servo. In the main block diagram of FIG. 19, two motors (main motor and sub motor), not shown, are driven by main current commands and sub current commands from current controllers 17 and 18, respectively.
[0006]
The speed command Vc is obtained by multiplying the position error e, which is the difference between the position command r and the actual position p, by the coefficient Kp of the position gain 14, and calculates the speed deviation, which is the difference between the speed command Vc and the speed feedback of the motor, by the speed control unit. A control such as a normal PI control is performed by 16 to obtain a torque command Tc.
[0007]
The control of the main motor is performed by inputting a torque command Tc1 obtained by adding the preload torque Tp1 to the torque command Tc to the current control unit 17 of the main motor, while the control of the sub motor is controlled by the torque command Tc. This is performed by adding the preload torque Tp2 and inputting the torque command Tc2 obtained through the inverter 19 to the current control unit 18 of the sub motor. The inverter 19 is a control unit for reversing the sign according to the rotation direction of the main motor and the sub motor. The sign is not changed when the rotation directions of the main motor and the sub motor are the same, and the sign is reversed when the rotation directions are different. I do. Each of the current control units 17 and 18 performs a current control independently by feeding back a current feedback fb. Here, the preload torque Tp1 and the preload torque Tp2 are torque values for adding a constant offset to the torque command Tc calculated by the speed control unit 16 in order to attach the main motor and the sub motor to each other, When the rotation directions of the two motors are the same, the torques have the opposite signs. When the rotation directions of the two motors are the opposite directions, the torques have the same signs.
[0008]
The actual position p for obtaining the position deviation e is a position feedback pulse obtained from a machine or a motor via the switch 20, and the switch 20 switches between the mechanical position feedback pulse Tfb and the motor position feedback pulse Mfb. Can be.
[0009]
In conventional tandem control by digital servo, position control and speed control are performed only on the main side, and current control is independently controlled. In this conventional control, if a large torque is required on the main side when there is a large backlash, the sub motor will collide at high speed because the speed control is not performed, and the stability of the system will be degraded.
[0010]
Therefore, as a means for solving such a problem, a speed feedback averager 22 shown in FIG. 19 is provided. The speed feedback averager 22 inputs the speed feedback Vf1 of the main motor and the speed feedback Vf2 of the sub motor through the inverter 19, and obtains the speed feedback amount of the motor by calculating the average. Accordingly, the speed of the sub motor can be suppressed and the stability can be improved.
[0011]
FIG. 20 is a view for explaining the operation by the tandem control. In FIG. 20 (a) to (e), the table, which is a movable member, is sequentially accelerated from the stopped state ((a) in the figure) ((b) in the figure) to be constant. In the state where the speed is set ((c) in the drawing), and then the vehicle is decelerated ((d) in the drawing) and stopped again ((e) in the drawing), the change in the position and torque command between each axis and the movable member is shown. ing. As described with reference to FIG. 19, since the preload torques in the opposite directions to the torque command Tc calculated by the speed control unit are applied to the main shaft 105 and the sub shaft 115, the torque command Tc1 for the main shaft becomes Tc1. = Tc + Tp1, and the torque command Tc2 for the sub-axis is Tc2 = Tc + Tp2. The preload torque is set to a larger torque against friction.
[0012]
In the stop state shown in FIG. 3A, the torque command Tc from the speed control unit is almost 0, and therefore, only the preload torque in the opposite direction indicated by the arrow is commanded to the motors, and the motors stop in a state where they are stuck in the opposite directions. ing. In the acceleration state shown in FIG. 4B, as indicated by a long arrow, a large drive torque in the moving direction from the speed control unit is commanded. Therefore, the sub shaft 115 adds the drive torque and the preload torque. A torque of (Tc + Tp2) is commanded. Here, | Tc |> | Tp2 |, and since the direction of the torque is in the opposite direction, the same torque as the moving direction is generated in the sub-axis, the sub-axis is moved in the opposite direction, and the torque required for acceleration is transmitted to the main shaft 105. to share the load.
[0013]
In the state of the constant speed shown in (c) of the figure, the drive torque required for the table to move at the constant speed is a small torque required to cancel the friction as shown by a short arrow. | Tc | <| Tp2 | and the direction of the torque is in the opposite direction, so that the sub-shaft 115 generates a torque in the direction opposite to the moving direction, moves to the opposite side, and adheres to the main shaft 105 in the opposite direction. To move at a constant speed.
[0014]
In the deceleration state shown in FIG. 4D, a large drive torque is generated in the direction opposite to the direction shown in FIG. 4B, so that the main shaft 105 moves in the opposite direction and shares the torque required for deceleration. Further, in the stop state shown in FIG. 7E, the main shaft 105 and the sub shaft 115 stop in a state where they are stuck to each other by the preload torques in the opposite directions, as in the case of FIG.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional tandem control method using a digital servo has the following problems.
(1) When the motor and the machine are connected by a low-rigidity transmission mechanism such as a spring system, the resonance frequency of the transmission mechanism is a low frequency of, for example, several Hz to several tens Hz. In this case, when the main motor and the sub motor are driven by the tandem control, they vibrate in opposite directions, and there is a problem that the system becomes unstable. FIG. 21 shows a simulation result by the conventional tandem control. FIGS. 21A and 21B show the speed of the main motor and the speed of the sub motor when the positive and negative step commands are applied by solid and broken lines, respectively. ing.
(2) When a large torque is required at the time of acceleration, deceleration, or the like, as shown in FIGS. 20B and 20D, when the drive torque is increased for acceleration or deceleration, With a small preload torque applied in the opposite direction, the main shaft and the sub shaft cannot be kept in a state of being stuck to each other, it will lean toward one of the shafts, and it will not be possible to suppress backlash Occurs.
(3) As a means for solving the problem of the above (2) and suppressing the influence of backlash, a clamp device which outputs torque in the opposite direction so as to always be in a state of being stuck may be added. However, the tandem control method provided with the clamp device has a problem in that the driving becomes unstable when the sub motor is mainly driven. FIG. 8 is a diagram illustrating a torque command when a clamp device is added. In FIG. 8A, when the main motor is mainly driven and a drive torque is applied to the main shaft to pull the main shaft, the detection is delayed because the position is detected on the main shaft. On the other hand, in FIG. 8B, when the sub-motor is mainly driven to apply the drive torque to the sub-shaft side and pull, the position for performing the position control is controlled. Since the feedback pulse is detected on the main side and the speed command, which is the input to the speed control unit for calculating the torque command, is not the sub side that actually outputs the torque, a detection delay occurs and becomes unstable.
[0016]
Accordingly, the present invention is to provide a tandem control method using a digital servo that solves the above-mentioned conventional problems and the problems newly generated by means for solving the problems, and suppresses the vibration of the transmission mechanism. A second object of the present invention is to provide a tandem control method that suppresses backlash even for a large torque, and furthermore, a tandem control that enables stable control even in driving mainly on the sub side. A third object is to provide a control method.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A first invention of the present application is a control method for driving one axis by using two servo motors of a main motor and a sub motor, wherein position control is performed by the main motor, and current control is performed by each of the main motor and the sub motor. In the tandem control method performed in the above, a speed difference between the main motor and the sub motor is calculated, a correction torque is obtained using the speed difference, and the corrected torque is added to the torque command of both the main motor and the sub motor, thereby obtaining This achieves the first object.
[0018]
The tandem control method of the present invention is a control method in the case where the same movable member is driven by two servo motors of a main motor and a sub motor. The first invention performs position control by a main motor, and controls current by each main motor. This is a case where a motor and a sub motor are used. In the first aspect, the correction torque for suppressing the vibration of the transmission mechanism can be obtained by multiplying the speed difference between the main motor and the sub motor by a damping coefficient and adjusting the damping coefficient. The gain of the correction torque is adjusted by the adjustment.
[0019]
In the first invention, the correction torque for suppressing the vibration of the transmission mechanism is obtained by multiplying the speed difference between the main motor and the sub motor by a transfer function for phase adjustment, and adjusting a first-order coefficient of the transfer function. The phase of the correction torque is adjusted by adjusting the primary coefficient.
[0020]
Further, in the first invention, the correction torque for suppressing the vibration of the transmission mechanism is obtained by multiplying the speed difference between the main motor and the sub motor by a damping coefficient and a transfer function for phase adjustment, and obtaining a first order of the damping coefficient and the transfer function. Both of the coefficients can be obtained by adjusting the coefficient, and both the gain and the phase of the correction torque are adjusted by adjusting the damping coefficient and the first-order coefficient.
[0021]
Further, a second invention of the present application is a control method for driving one axis by using two servo motors of a main motor and a sub motor, wherein position control is performed by the main motor, and current control is performed by each main motor. And in the tandem control method performed by the sub motor, the sign of the torque command from the speed control unit is detected, and the positive or negative torque command is suppressed according to the sign. The second object is achieved by applying a different one-way torque command by the sub motor.
[0022]
In the suppression of the torque command performed in the second invention, the torque command corresponding to the forward direction of each motor is output as it is, and the torque command corresponding to the reverse direction is clamped to zero.
[0023]
Further, a third invention of the present application is a control method for driving one axis by using two servo motors of a main motor and a sub motor, and a tandem control method in which current control is performed by each of the main motor and the sub motor. The third object is achieved by performing position control on the motor corresponding to the movement command, which is the difference between the position commands.
[0024]
The position control in the third invention is performed by the main motor when the movement command is in the positive direction, and is performed by the sub motor when the movement command is in the negative direction.
[0025]
In the position control according to the third aspect, a value obtained by multiplying a difference between the speed command on the main motor side and the speed command on the sub motor side by a switching coefficient is added to the speed command on the main motor side to obtain a new speed command. The position of the motor corresponding to the movement command is controlled by switching the switching coefficient according to the sign of the movement command. Further, the switching coefficient of the position control in the third invention has a time constant, and the position feedback can be gradually switched by the time constant.
[0026]
[Action]
According to the first invention of the present application, the position control is performed by the main motor, the current control is performed by each of the main motor and the sub motor, the speed difference between the main motor and the sub motor is calculated, and the speed difference is corrected using the speed difference. The torque is obtained, and the corrected torque is added to the torque command of both the main motor and the sub motor, and one servo motor is driven by tandem control of the two servo motors of the main motor and the sub motor. As a result, the speed difference between the main motor and the sub motor for performing the tandem control is reduced, and even when the motor and the machine are connected by a transmission mechanism having low rigidity such as a spring system, vibration of the system can be suppressed.
[0027]
The correction torque for suppressing the vibration of the transmission mechanism is obtained by multiplying the speed difference between the main motor and the sub motor by a damping coefficient, a transfer function for phase adjustment, or both a damping coefficient and a transfer function for phase adjustment. When the damping coefficient, the first-order coefficient of the transfer function, or both the damping coefficient and the first-order coefficient of the transfer function are adjusted so that the output characteristic becomes a desired characteristic, the gain of the torque command is appropriately adjusted by this adjustment. , Or phase, or both gain and phase.
[0028]
According to the second invention of the present application, the position control is performed by the main motor, the current control is performed by each of the main motor and the sub motor, and the sign of the torque command from the speed control unit is detected. Positive or negative torque commands are suppressed, and two servo motors of the main motor and the sub motor are tandem-controlled by always applying different one-way torque commands for the main motor and the sub motor to the current control units of the respective motors. To drive one axis. This makes it possible to keep the main motor and the sub motor in a state of being always attached to each other, and to suppress backlash even with a large torque.
[0029]
The torque command is suppressed by outputting the torque command corresponding to the forward direction of each motor as it is in response to the torque command from the speed control unit, and clamping the torque command corresponding to the reverse direction to zero. be able to.
[0030]
According to the third invention of the present application, the current control is performed by each of the main motor and the sub motor, and the position control is performed by the motor corresponding to the movement command, so that the two servo motors of the main motor and the sub motor can be controlled. One axis is driven by tandem control. As a result, stable control can be performed even in driving mainly on the sub side.
[0031]
The position control is performed by the main motor when the movement command is in the positive direction, and is performed by the sub motor when the movement command is in the negative direction. The speed control of the main motor and the speed command of the sub motor are performed. The value obtained by multiplying the difference by the switching coefficient is added to the speed command on the main motor side to obtain a new speed command, and the switching coefficient is switched according to the sign of the movement command, so that the speed on the sub side that actually outputs torque is obtained. The torque command can be calculated based on the output, and the influence on the stability due to the detection delay can be suppressed. Further, by giving a time constant to the switching coefficient of the position control and gradually switching the position feedback based on the time constant, it is possible to reduce a mechanical shock caused by a step in the speed command at the time of the switching.
[0032]
When the movement command is 0, by setting so that the position control is performed by the main motor, the positioning is always performed by the main motor, and the problem of the displacement does not occur.
[0033]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Configuration applicable to the implementation of the first invention)
First, a configuration to which the embodiment of the first invention of the present application can be applied will be described. FIG. 1 is a block diagram of a main part of a control block for explaining a configuration of an embodiment of the first invention of the present application. The block diagram of the embodiment shown in FIG. 1 is almost the same as the conventional control block shown in FIG. 17 except for the configuration of the damping compensator 23. The damping compensator 23 is a block for calculating a speed difference between the main motor and the sub motor, obtaining a correction torque using the speed difference, and further applying the correction torque to the torque commands of both the main motor and the sub motor. .
[0034]
In the main part block diagram of FIG. 1, current controllers 17 and 18 drive two motors (main motor and sub motor) (not shown) according to the current commands.
[0035]
The speed command Vc is obtained by multiplying the position error e, which is the difference between the position command r and the actual position p, by the coefficient Kp of the position gain 14, and calculates the speed deviation, which is the difference between the speed command Vc and the speed feedback of the motor, by the speed control unit. A control such as a normal PI control is performed by 16 to obtain a torque command Tc.
[0036]
Of the two motors, the control of the main motor is performed by inputting a torque command Tc1 obtained by adding the preload torque Tp1 to the torque command Tc to the current control unit 17 of the main motor, while the control of the sub motor is performed by The preload torque Tp2 is added to the torque command Tc, and the torque command Tc2 obtained through the inverter 19 is input to the current control unit 18 of the sub motor. The inverter 19 is a control unit for reversing the sign depending on the rotation direction of the main motor and the sub motor. The sign is not changed when the rotation directions of the main motor and the sub motor are the same, and the sign is reversed when the rotation directions are different. I do.
[0037]
Each of the current control units 17 and 18 performs a current control independently by feeding back a current feedback fb. The preload torque Tp1 and the preload torque Tp2 added to the torque command Tc are torque values for adding a fixed offset to the torque command Tc from the speed control unit 16, and are for attaching the main motor and the sub motor to each other. . The signs of the preload torques Tp1 and Tp2 are opposite when the rotation directions of the two motors are the same, and are the same when the rotation directions of the two motors are opposite.
[0038]
The actual position p for obtaining the position deviation e is a position feedback pulse obtained from a machine or a motor via the switch 20, and the switch 20 switches between the mechanical position feedback pulse Tfb and the motor position feedback pulse Mfb. Can be.
[0039]
The speed feedback averager 22 inputs the speed feedback Vf1 of the main motor and the speed feedback Vf2 of the sub motor through the inverter 19, obtains the average, and feeds it back to the speed command Vc. Thus, the average of the speeds of both the main motor and the sub motor is fed back as the speed feedback amount, and the speed of the sub motor can be suppressed to improve the stability.
[0040]
Further, in the embodiment of the first invention, the position control is performed by the main motor, the current control is performed by each of the main motor and the sub motor, and the speed difference between the main motor and the sub motor is reduced by the correction torque from the damping compensator 23. Speed control is performed. The damping compensator 23 can be composed of a term of a damping coefficient Kc and a term of a transfer function for phase adjustment. The transfer function is, for example, a constant L, an adjustment coefficient α, and S a Laplace operator. Then, what is represented by {(1 + LS) / (1 + αLS)} can be used.
[0041]
FIG. 2 is a block diagram showing a transfer function for phase adjustment in a discrete system when the sampling time is Ts, and the transfer function is ｛(1 + 2L / Ts) + (1-2L / Ts) Z. ^-1 / (1 + 2αL / Ts) + (1-2αL / Ts) Z ^-1 It is represented by｝. Here, N ₀ = (1 + 2L / Ts), N ₁ = (1-2L / Ts), D ₀ = (1 + 2αL / Ts), D ₁ = (1-2αL / Ts), the transfer function is ｛(N ₀ + N ₁ ・ Z ^-1 ) / (D ₀ + D ₁ ・ Z ^-1 )｝. Therefore, in the torque correction, the gain can be adjusted by the magnitude of the damping coefficient Kc, and the phase can be adjusted by the adjustment coefficient α. Note that T is a coefficient for adjusting the phase advance or the peak of the phase delay.
[0042]
The correction torque from the damping compensator 23 is subtracted from the torque command Tc1 to the main motor, and added to the torque command Tc2 to the sub motor. This sign relationship is because the direction on the main motor side is set to the positive direction, whereby the correction torque can be applied in a direction to reduce the speed difference between the main motor and the sub motor.
[0043]
Although the damping compensator 23 shows an example including two terms of the term of the damping coefficient Kc and the term of the transfer function for phase adjustment, the damping compensator 23 may be configured with only one of the terms. In this case, either the magnitude or the phase of the correction torque is corrected.
[0044]
(Operation of the First Invention)
The operation of the first invention of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. Here, a speed difference between the main motor and the sub motor is calculated, a correction torque is obtained by using the speed difference, and the corrected torque is added to the torque commands of both the main motor and the sub motor, and the main motor and the sub motor Only the portion that performs tandem control of the two servomotors will be described, and a case where both the magnitude and the phase of the damping are corrected will be described.
[0045]
First, in the tandem control of the main motor and the sub motor, the rotational direction used for control of each motor is checked. If the rotational directions are the same, the flag F is set to “0”. Are different, the flag F is set to "1" (step S1). The sign of the inverter 19 is inverted or non-inverted by the flag F. After the setting of the flag F, the adjustment coefficient α and the constant L that determine the first-order coefficient of the term of the damping coefficient Kc of the damping compensator 23 and the term of the transfer function for phase adjustment are respectively set to the initial value Kc ₀ And α ₀ And L ₀ And set the initial setting. From these values, N ₀ = (1 + 2L / Ts), N ₁ = (1-2L / Ts), D ₀ = (1 + 2αL / Ts), D ₁ = (1-2αL / Ts) is calculated and set (step S2).
[0046]
Next, the speeds of the main motor and the sub motor are detected to determine the motor speed feedback amounts Vf1 and Vf2, and the values are taken in (step S4). It is determined whether the value of the flag F checked in step S1 is "0" or "1". If the value of the flag F is "0", the process proceeds to step S6, and if the value of the flag F is "1", the process proceeds to step S7 to obtain the difference between the motor speed feedback amounts Vf1 and Vf2 (step S5). .
[0047]
When the value of the flag F is “0”, the rotation direction of the main motor and the sub motor is in the same direction, so the difference between the motor speed feedback amounts Vf1 and Vf2 is obtained by the calculation of (Vf1−Vf2) (step S6). ). On the other hand, when the value of the flag F is “1”, since the rotation directions of the main motor and the sub motor are in opposite directions, the inverter 19 provided on the sub side performs speed feedback and inversion of the torque command, The difference between the motor speed feedback amounts Vf1 and Vf2 is obtained by calculating (Vf1 + Vf2) (step S7). Hereinafter, the difference between the motor speed feedback amounts Vf1 and Vf2 is represented by dV.
[0048]
The correction torque Ta is obtained from the difference dV between the obtained motor speed feedback amounts Vf1 and Vf2 (step S8). The correction torque Ta is obtained by adding the damping coefficient Kc and the transfer function ｛(N ₀ + N ₁ ・ Z ^-1 ) / (D ₀ + D ₁ ・ Z ^-1 ) Can be obtained by multiplying by｝. In FIG. 1, since the speed feedback amount Vf2 of the sub motor is in the same direction as the speed of the main motor by the inverter 19, the damping compensator 23 performs subtraction.
[0049]
The corrected torque Ta obtained in step S8 is reflected on the torque commands Tc1 and Tc2, and the speed is controlled based on the corrected torque command (step S9). Then, it is determined whether or not the characteristics of the system have been improved by the speed control (step S10). If the characteristics are poor, the damping coefficient Kc and the adjustment coefficient α are changed (step S11). Steps S4 to S10 are performed again.
[0050]
｛(1 + 2L / Ts) + (1-2L / Ts) Z ^-1 / (1 + 2αL / Ts) + (1-2αL / Ts) Z ^-1 As is apparent from the transfer function of｝, when the adjustment coefficient α is 1, the value of the transfer function is 1, and the phase does not change. FIG. 4 shows frequency characteristics when the adjustment coefficient α is changed with a constant L = 0.02, (a) when α = 1, (b) when α = 0.5, ( c) is the case where α = 0.2. As shown in the drawing, the necessary phase can be adjusted at a desired frequency by the adjustment coefficient α.
[0051]
By repeating this step, a system in which vibration is suppressed can be obtained. Further, in the processing of the damping compensator, the processing of step S1 can be commonly used for the same tandem control thereafter with a single setting. Further, the processing of steps S2 to S11 is performed every time an interrupt occurs in the tandem control.
[0052]
FIG. 5 is a simulation result of the first invention of the present application when the damping coefficient Kc is set to 0.1 without performing the phase adjustment.
[0053]
(Configuration and Function Applicable to the Implementation of the Second Invention)
Next, a configuration and an operation to which the embodiment of the second invention of the present application can be applied will be described. FIG. 6 is a block diagram of a main part of a control block for explaining a configuration of an embodiment of the second invention of the present application. In the block diagram of the embodiment shown in FIG. 6, the components of the second invention of the present application are shown by dashed lines, and the components of the third invention of the present application are shown by dashed lines. . In the following, only the components of the second invention surrounded by the alternate long and short dash line will be described, and the other components will not be described because they are the same as those of the embodiment of the first invention.
[0054]
The configuration of the second embodiment of the present invention is substantially the same as the control block of the first embodiment of the first invention shown in FIG. 1 except for the configuration of the clamp circuits 24 and 25 surrounded by a dashed line. The clamp circuits 24 and 25 receive a torque command obtained by adding the preload torque Tp1 or Tp2 to the torque command Tc from the speed control unit 16, and when the torque command is a code corresponding to the forward direction of each motor, the clamp circuit remains unchanged. It is output and clamped to zero when the code corresponds to the opposite direction.
[0055]
6, in the embodiment of the second invention, the position control is performed by the main motor, the current control is performed by each of the main motor and the sub motor, and the torque applied to each of the current control units 17 and 18 of the main motor and the sub motor is controlled. By adjusting the commands Tc1 and Tc2 by the clamp circuits 24 and 25, two axes of the main motor and the sub motor are controlled in tandem to drive one axis.
[0056]
The clamp circuit 24 is a clamp circuit connected between the speed control unit 16 and the current control unit 17 on the main motor side, and has a characteristic shown in FIG. This clamp circuit 24 outputs the torque command as it is when the sign of the input torque command is positive, that is, in the positive direction on the main side, and clamps it to zero when the sign is negative, that is, when the sign is reverse. It is. The main-side torque command Tc1 is controlled by the clamp circuit 24 so as to output a positive torque.
[0057]
On the other hand, the clamp circuit 25 is a clamp circuit connected between the speed control unit 16 and the inverter 19 on the sub motor side, and has a characteristic shown in FIG. The clamp circuit 25 outputs the torque command as it is when the sign of the input torque command is negative in the positive direction of the sub-side, and clamps it to zero when the sign is positive in the reverse direction. It is. The clamp circuit 25 controls the sub-side torque command Tc2 to output a negative torque.
[0058]
Therefore, the clamp circuits 24 and 25 detect the sign of the torque command obtained by adding the preload torque Tp1 or Tp2 to the torque command Tc from the speed control unit 16, and suppress the positive or negative torque command according to the sign. A different one-way torque command is always applied to the main motor and the sub-motor to the current control unit of each motor, and two axes of the main motor and the sub-motor are controlled in tandem to drive one axis. As a result, the main motor and the sub motor are always in a state of being adhered to each other, and the backlash is suppressed even with a large torque.
[0059]
FIG. 8 is a diagram illustrating a torque command when a clamp device is added. In FIG. 8A, when the main motor is mainly driven and drive torque is applied to the main shaft side to pull, the position detection is performed on the main side. The control can be performed without causing a detection delay as shown in ()).
[0060]
On the other hand, in FIG. 8B, when the sub-motor is mainly driven to apply the drive torque to the sub-axis side and pull, the position feedback pulse for performing the position control is detected on the main side, Since the speed command which is an input to the speed control unit for calculating the torque command is not the sub side that actually outputs the torque, a detection delay may occur and the instability of FIG. 9B may be indicated.
[0061]
(Configuration and Function Applicable to the Implementation of the Third Invention)
Next, a configuration and an operation to which the embodiment of the third invention of the present application can be applied will be described. A third aspect of the present invention is to eliminate a detection delay that may occur when the sub motor is mainly driven in the second aspect of the invention.
[0062]
FIG. 6 is a block diagram of a main part of a control block for explaining the configuration of an embodiment of the third invention of the present application, in which the components of the third invention are surrounded by a two-dot chain line. In the following, only the configuration excluding the components of the third invention surrounded by the two-dot chain line will be described, and the other components are the same as the configuration of the embodiment of the first invention, and the description will be omitted.
[0063]
The configuration of the third embodiment of the present invention is substantially the same as the control block of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 except for a configuration for switching the position feedback surrounded by a two-dot chain line. The configuration for this position feedback switching is such that a difference between the speed command on the main motor side and the speed command on the sub motor side is obtained, and a value obtained by multiplying the difference between the speed commands by a switching coefficient is added to the speed command on the main motor side. A new speed command is obtained.
[0064]
In FIG. 6, in the embodiment of the third invention, the position control is performed by the main motor, the current control is performed by each of the main motor and the sub motor, and when the movement command is in the forward direction, the main motor performs the position control. When the motor is in the negative direction, the position is controlled by the motor on the side corresponding to the movement command, so that two servo motors, the main motor and the sub motor, are driven in tandem to drive one axis. .
[0065]
In the position feedback switching according to the third invention, the difference between the main-side speed command Vc1 and the sub-side speed command Vc2 is obtained, the difference is multiplied by a switching coefficient k, and the value is further added to the main-side speed command Vc1. This is performed by creating a new speed command Vc. In the configuration shown in FIG. 6, a value obtained by passing the output of the position gain 15 through the inverter 19 is obtained as a sub-side speed command Vc2, and the output of the position gain 14 is subtracted from the main-side speed command Vc1. The position feedback switching unit 21 multiplies the subtraction value by a switching coefficient k, and further subtracts the calculated value from the speed command Vc1 to obtain the speed command Vc.
[0066]
The speed command Vc obtained by the above configuration is represented by Vc = Vc1 + k · (Vc2−Vc1).
[0067]
Here, when the main motor is driven in the positive direction (the movement command is in the positive direction), if the switching coefficient k is set to “0”, the speed command Vc becomes the speed command Vc1 from the above equation and becomes Position control can be performed. Conversely, when the switching coefficient k is set to “1” when the main motor is driven in the negative direction (the movement command is in the negative direction), the speed command Vc becomes As Vc2, the position control on the sub side can be performed.
[0068]
In the above example, the switching coefficient k is set to either “0” or “1” to switch the position feedback between the main side and the sub side, and the switching coefficient k is determined by using the time constant τ. k may be set to {1 / (1 + τs)}, and the position feedback may be gradually switched according to the time constant τ.
[0069]
When the switching of the position feedback is performed gradually by this time constant τ, the difference in the speed command caused by the difference in the position feedback amount when the switching coefficient k is switched is reduced, and the mechanical shock generated by the speed difference is reduced. There is an effect that can be reduced.
[0070]
The operation of the third invention will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, only the switching part of the position feedback will be described in accordance with the sign of step T by a flow in the case of performing digital discrete processing.
[0071]
In the position feedback switching, assuming that the sampling time is Ts, the sequential switching coefficient in a discrete system is b (n), and the change due to the time constant τ is A = exp (−Ts / τ), the sequential switching coefficient b (n) is ,
b (n) = A · b (n−1) + (1−A) · k (n)
It becomes. Note that k (n) is “0” when the movement command is positive, and is “1” when the movement command is negative. By using the sequential switching coefficient b (n), the position feedback can be gradually switched according to the time constant τ.
[0072]
First, an initial process for performing position control by position switching is performed. In this initial processing, the change A due to the time constant τ used in the above equation and the sequential switching coefficients b (n) and b0 are initialized (step T1). After this processing, by determining the sign of the movement command Δr, which is the difference between the position commands r, it is determined whether to perform the position feedback on the main side or the position feedback on the sub side (step T2). In the determination at step T2, if the sign of the movement command Δr is positive, processing is performed in step T3 when the main motor is driven at a positive speed. If the sign of the movement command Δr is negative, processing at step T4 Performs the processing when the main motor is driven at a negative speed.
[0073]
In step T3, b (n) = A · b0 by setting k (n) in the above equation to “0”. In step T4, b (n) = A · b0 + 1−A by setting k (n) in the above equation to “1”.
[0074]
Next, the speed commands Vc1 and Vc2 are obtained, and the speed command Vc is obtained by using these values and the sequential switching coefficient b (n) determined in steps T3 and T4. The speed command Vc1 is obtained by multiplying the value (r-Mfb) obtained by subtracting the position feedback pulse Mfb of the main motor from the position command r by the position gain Kp. The speed command Vc2 is obtained by multiplying a value (r-Sfb) obtained by subtracting the position feedback pulse Sfb of the sub motor from the position command r by the position gain Kp. The speed command Vc is obtained by sequentially multiplying a value obtained by subtracting the speed command Vc1 from the speed command Vc2 by a switching coefficient b (n), and adding the speed command Vc1 to the value.
[0075]
The value of the sequential switching coefficient b (n) at this time is set as the initial value b0 of the sequential switching coefficient (step T5).
[0076]
The speed command Vc obtained in the step T5 is passed to a speed loop to perform position control (step T6).
[0077]
It is determined whether or not to end the position control by the position switching (step T7). If the position control by the position switching is continued, the process returns to step T2 and repeats the steps T2 to T6.
[0078]
By using this time constant, switching can be performed gradually and the shock to the machine can be reduced even when the polarity of the movement command changes.
[0079]
FIG. 11 is a simulation result when the time constant is set to “0” in the position switching, FIG. 12 is a simulation result when the time constant is set to “100 ms” in the position switching, and FIG. 7 shows a simulation result when the time constant is set to “100 ms” and damping compensation is performed.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the first invention of the present application, it is possible to provide a tandem control method using a digital servo that suppresses vibration of a transmission mechanism. According to the third aspect of the invention, it is possible to provide a tandem control method capable of suppressing rush, and to provide a tandem control method capable of performing stable control even in driving mainly on the sub side.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram illustrating a configuration of an embodiment of the first invention of the present application.
FIG. 2 is a block diagram of a transfer function for phase adjustment according to the embodiment of the first invention of the present application;
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 shows frequency characteristics when the adjustment coefficient α in the embodiment of the first invention of the present application is changed.
FIG. 5 is a simulation result of the first invention of the present application.
FIG. 6 is a control block diagram illustrating a configuration of an embodiment of the second invention of the present application.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the clamp circuit according to the second invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a torque command when a clamp device is added.
FIG. 9 is a simulation result according to the second invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the third invention.
FIG. 11 is a simulation result when the time constant of position switching is “0” in the third invention.
FIG. 12 is a simulation result when the time constant of position switching is “100 ms” in the third invention.
FIG. 13 is a simulation result when damping compensation is performed with the time constant of position switching set to “100 ms” in the third invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a first tandem control example in which a movable member is moved linearly.
FIG. 15 is a diagram of a second tandem control example for rotating a movable member.
FIG. 16 is a diagram of a third tandem control example for linearly moving a movable member.
FIG. 17 is a diagram of a fourth tandem control example for linearly moving a movable member.
FIG. 18 is a control block diagram for performing tandem control by a conventional digital servo.
FIG. 19 is a block diagram of a main part of a control block for performing tandem control by a conventional digital servo.
FIG. 20 is a diagram illustrating a torque command when a clamp device is added.
FIG. 21 is a simulation result by conventional tandem control.
[Explanation of symbols]
14 Position gain
16 Speed control unit
17, 18 Current control unit
19 Inverter
20 Switch
21 Position feedback switch
22 Speed feedback averager
23 Damping compensator
24,25 Clamp circuit

Claims

メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、
メインモータとサブモータの速度差を演算し、該速度差を用いて補正トルクを求め、該補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えることを特徴とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。A tandem control method for driving one axis using two servo motors of a main motor and a sub motor, wherein a position control is performed by the main motor and a current control is performed by each of the main motor and the sub motor.
A tandem control method using digital servo, comprising calculating a speed difference between a main motor and a sub motor, obtaining a correction torque using the speed difference, and adding the correction torque to torque commands of both the main motor and the sub motor.

前記補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数を乗算し、該ダンピング係数を調整することにより求める請求項１記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。2. The tandem control method according to claim 1, wherein the correction torque is obtained by multiplying a speed difference between the main motor and the sub motor by a damping coefficient and adjusting the damping coefficient.

前記補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差に位相調整用の伝達関数を乗じ、該伝達関数の１次の係数を調整することにより求める請求項１、又は２記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。3. The tandem control method according to claim 1, wherein the correction torque is obtained by multiplying a speed difference between a main motor and a sub motor by a transfer function for phase adjustment and adjusting a first order coefficient of the transfer function. .

メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、
速度制御部からのトルク指令の符号を検出し、該符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加することを特徴とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。A tandem control method for driving one axis using two servo motors of a main motor and a sub motor, wherein a position control is performed by the main motor and a current control is performed by each of the main motor and the sub motor.
The sign of the torque command from the speed control unit is detected, and the positive or negative torque command is suppressed in accordance with the sign.The current control unit of each motor always receives a different one-way torque command for the main motor and the sub motor. A tandem control method using a digital servo, characterized by applying a voltage.

前記トルク指令の抑制は、対応する一方向のトルク指令と逆方向のトルク指令を零にクランプするものである請求項４記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。5. The tandem control method according to claim 4, wherein the suppression of the torque command is to clamp a corresponding one-way torque command and a reverse-direction torque command to zero.

メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、
位置指令の差分である移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことを特徴とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。In a control method for driving one axis by using two servo motors of a main motor and a sub motor, a tandem control method in which current control is performed by each main motor and a sub motor,
A tandem control method using digital servo, wherein position control is performed in a motor corresponding to a movement command which is a difference between the position commands.

前記位置制御は、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行う請求項６記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。7. The tandem control method according to claim 6, wherein the position control is performed by the main motor when the movement command is in the positive direction, and is performed by the sub motor when the movement command is in the negative direction.

前記位置制御は、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求め、該切り替え係数を移動指令の符号により切り替えることにより、移動指令に対応する側のモータの位置制御を行う請求項６、又は７記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。The position control calculates a new speed command by adding a value obtained by multiplying a difference between a speed command on the main motor side and a speed command on the sub motor side by a switching coefficient to a speed command on the main motor side, and obtains the switching coefficient by a movement command. 8. A tandem control method using a digital servo according to claim 6, wherein the position of the motor corresponding to the movement command is controlled by switching with the sign of (1).

前記切り替え係数は時定数を有しており、位置帰還を徐々に切り替える請求項８記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。9. The tandem control method according to claim 8, wherein the switching coefficient has a time constant, and the position feedback is gradually switched.